来自特邀编辑的观察\\反思和建议

　　作为一名科学教师的培养者和曾经的科学教师，虽然我很久以来就知道科学竞赛(science fair)应该是我职业经历中的一部分，但是直到最近我才对此进行了认真的思考。我任教的学校没有参加科学竞赛，我也没有担任过指导老师，只是在地区级的赛事上担任过多年的评委。我通常只是将科学竞赛作为科学教育中历史悠久的一个部分，但是对于比赛的过程和成果却知之甚少。
　　2010年秋天的一天，我的女儿从学校回来后宣布：“我们今年需要做一个科学竞赛的项同，我还不知道做什么，你要帮助我。”女儿的要求不仅给了我一个很好的参与机会，也给我了一个独特的视角去观察科学竞赛本身。当我们一起做女儿的项目时——考察槲寄生的生态和分布——我对这些竞赛的基本认识逐渐变成热情和反思。随着项目的推进，我逐渐确信是时候该重新考虑“科学竞赛”所涵盖的活动范围了。
　　在这篇文章中，我用“科学竞赛”这个词来指那些能够为学生提供关于“做”科学(包括展览会、奥赛和其他的设计竞赛等)的真实以及亲历的经验的项目和课题，这里，我对这些类型的项目给出一些思考和建议。
　　科学竞赛，过去和现在
　　很难精确地说出科学竞赛和研究竞赛最早是什么时候出现在教育领域之中，但是对于很多学生来说，这些竞赛变成了一项年度的仪式——一些学生热切地期望着，而另一些学生则十分畏惧。传统的科学竞赛至少可以追溯到1928年，纽约市的美国研究院在美国自然历史博物馆主办了第一届科学研究竞赛。从那时起，逐步发展到本地、地区、州等各个级别的竞赛，1950年在费城举办了第一届全国竞赛。这个竞赛的范围逐步拓展，发展成为目前世界上规模最大的和最著名的科学竞赛——英特尔国际科学与工程大奖赛(IntelInternational Science and Engineering Fair，科学与公众社团，2011)。
　　在地区级的竞赛中，一般由商业、工业和高校等机构为竞赛提供主要的经费支持并提供指导教师和评委。一些国内和跨国的技术和媒体公司通过多种方式赞助这些年度的赛事，如科学服务社、西屋、3M、西门子、探索频道教育、东芝、杜邦、迪斯尼、WestEd、康拉德基金会、美国科学教师协会，以及谷歌(2011年它举办了世界第一个在线的科学竞赛)。
　　很多不同类型的团体——从自然科学的学会到科学家的专业协会——为竞赛获奖者提供直接资助，或是奖金和特定科学领域的奖学金。一些顶级的国家级和国际的科学竞赛个人奖金高达上万美元，每年奖金的总额达到几百万美元(谷歌科学竞赛，2011；科学与公众社团，2011)。
　　尽管对于科学竞赛的支持看上去很多，但也有隐忧。虽然一些竞赛者的成功经历在媒体上被报道，但是并没有关干这些竞赛参与范围的准确数据(如参与者的数字)。当然，竞赛对参与的学生有积极的作用，但是对于究竟有多少学生参与了这些竞赛及相关活动并没有准确的统计。最近由美国科学教师协会开展的一项调查显示(Petrinjak，2011)，75％的受访者说他们所在的学校去年举办过科学竞赛，但是仅有68％的人说他们明年会继续举办。此外，还有65％的受访者说科学竞赛正在变得不那么常见。
　　《纽约时报》报道说许多主要的科学竞赛的赞助正在减少(Fitzsimmons，2010)，并且在全国范围内，科学竞赛的参与者和获得的支持也都在减少(Harmon，2011)。减少的原因还不清楚，但是，一般来说，教师似乎因为需要投入大量的工作但是回报很少而不愿意参与竞赛。此外，因为对于课末考试和其他学业目标不断增长的重视占去了学生越来越多的时间，从而使学生无法参加课外活动。
　　现在来反思科学竞赛的优点和面临的挑战，并为这项传统活动能够与时俱进、不断发展提出一些建议，可以说恰逢其时。
　　科学研究的过程(arc of science)
　　几十年来，科学教育界已经基本认同了探究式学习是科学教育的一个重要目标。《国家科学教育标准》(NRC，1996)提供了很多论据来支持探究式学习，这一主题思想也体现在最近发布的((K-12科学教育框架》(NRC，2011)之中。这些文件提出了关于探究的两个特殊的理由：第一，他们建议学生应该有机会去体会和理解这样一个观点，即探究就是科学家调查和理解世界的方式；第二，他们建议能让学生有机会去自己体验真正的探究活动。第一个目标——向学生提供关于探究的知识——通常在科学课堂上可以实现。但是很少有学习科学的学生能真正体验第一手的科学探究。
　　关于探究式学习理想模式的争论一直在持续，但是对于大多数科学教师来说，关键在于必须由学生控制调查研究的大部分或是所有方面。要评估一个任务所需的探究深度，一个简单而实用的方法是问以下3个问题：
　　·谁提出了问题?
　　·谁设计了研究方法?
　　·谁解释了数据?
　　如果是由学生完成了这3项任务，那么毫无疑问这是一项高水平的探究活动(McComas，2005)。
　　科学探究也可以被认为是对“科学研究过程”的个人体验。这个过程是科学家用来探索并最终解释自然世界的一整套方法。它包括：
　　·设计研究问题
　　·构建一个合适的研究方法
　　·收集数据
　　·解释数据(包括对数据本身以及数据所包含意义的讨论)
　　·以令人信服的方式报告研究成果
　　对很多人来说，这看起来就是传统的“科学方法”，但是两者截然不同。关于“科学方法”——似乎凌驾于科学课堂和课本之上——的不实之处在于看上去科学家每一次解决问题时都是在使用同一种简单的、多步骤的程序。实际上，开展科学研究是一种特殊的探寻过程，需要综合运用各种方法(如严密而有效的数据收集、仔细的记录保存、学术诚信以及归纳和推理的使用)来解决问题和收集数据。
　　当然，老师能够在课堂上讲授关于科学研究过程的课程，也可以让学生参与基于探究的科学项目，但是最有效的方式还是让学生自己去参与科学竞赛中的一个研究课题。科学竞赛能够在教给学生什么是真正探究的同时，让学生了解科学的本质。在这方面，还没有什么其他的学习经历能够与科学竞赛相提并论。作为一名评委，我问过很多学生，我确认这些未来的科学家们对于科学有了真正的理解——那里充满了错误的起点、死胡同、不合理的假设以及意想不到的结果。
　　在指导学生开展高水平的探究项目时，最大的挑战之一是了解学生什么时候已经准备好了可以独立工作，而什么时候还需要一些手把手的指导。只是简单地告诉学生他们必须准备一个科学竞赛项目是没有意义的。没有关于背景知识的教授和先期的研究经历，这只会带来糟糕的结果。这甚至会让一些参与科学竞赛的学生错误地认为他们不能做科学研究。
　　KirSchner和他的同事们曾提出(2006)探究活动是无效的。他们认为，“在探究过程中极少的指导是根本不起作用的”。但是，如果能够事先让学生体验和了解科学研究过程的各个要素，他们能够做好独立工作的准备，来完成科学竞赛的项目和未来其他的探究任务。这个观点体现在以下内容之中。
　　重新考察科学竞赛：建议和方法
　　教师该如何最好地体现科学研究过程，并为学生创造有意义的科学探究经历，这里有一些关于如何产生好的科学竞赛项目的建议和方法：
　　教师培训
　　教师的职前教育和在职专业发展项目必须包括成功组织实施科学竞赛的策略。如果他们根本不知道如何去组织，那么也就无法想象他们会愿意参与这样的项目。如果教师要从头开始自己去发现什么是有效的、什么是无效的方法，那么成功的活动也就无从谈起。
　　额外的时间
　　支持科学竞赛必须包括要在标准课程所需的时间和帮助学生准备项目所需的时间上找到平衡。那些在科学竞赛取得好成绩的学校通常会提供课外的支持活动，将科学竞赛的准备纳入研究课程中，像对待一项体育比赛或其他与课程相关的活动一样去对待科学竞赛。不管怎样，必须给予教师合适的放松的机会——或一些其他的住宿安排——以弥补指导学生参加科学竞赛及相关活动的时间。
　　长期的准备
　　学校应当从长远的角度来帮助学生准备科学竞赛。比如，低年级的学生可以从准备阐述科学现象的过程中受益，而到了小学高年级时，则可以解决提供给他们的问题。中学生和高中生要具备必要的知识背景来参与一个涉及了整个科学研究过程的项目。
　　整个班级参与的活动
　　为了帮助学生理解科学研究过程的各个要素是怎样结合在一起的，教师可以利用一个全班参与的活动，将一次成功的科学竞赛的各项活动整合起来。这为教师提供了一个绝佳的机会，在学生开展自己的项目研究之前，展示和讨论科学研究过程的各个组成部分。
　　实事求是地给项目起标题
　　学生经常给他们的项目起一个“好听”的名字而不仅仅是描述研究内容。作为一名评委，我最喜欢的项目之一被奇怪地命名为“绒毛小姐晚上在做什么”。虽然这显然是一个富有悬念的题目，但是没有提供任何有价值的信息。副标题——“夜行仓鼠行为的定性和定量分析”——解释了标题的含义。学生们应被鼓励去选择与所观察的现象相关的标题。建议学生可以去看看《自然》或《细胞生物学》杂志这样的出版物上的文章题目。
　　实验与非实验研究
　　科学竞赛规则必须承认，有很多有价值的项目是要获取背景信息，而并不需要一个研究假设。毕竟，在一些人的心目中，一个假设是一个教育性的猜测。但是如果学生没有完成任何数据收集，那么这个假设将更多的是个猜测而不是一个教育过程。这个要求还可能加深学生对于实验性和非实验性研究的作用和区别的错误概念(更多资料见“在线资源”)。
　　真实的探究
　　为了确保学生在科学竞赛中进行高水平的探究，教师应当避免将诸如产品测试、演示科学现象等活动等同于那些需要完整的科学探究过程的项目(关于5类科学竞赛项目列表见“在线资源”)。这样的项目可以用于别的目标但不是为了展示高水平的探究。科学研究和科学竞赛中的团队工作
　　Grobman(1993)提出过一个令人信服的观点，即科学竞赛的参与者应当进行团队合作，某种程度上是对科学研究本身的工作性质的模拟。当然，集体项目在竞赛规则中是允许的，但是鼓励甚至要求学生作为一个研究小组的一分子，尤其对于第一次开展研究项目的学生来说，是非常有用的。
　　培训评委
　　科学竞赛的评委应当每年接受一些培训。这样既可以保证他们关注“正确”的事情，也可以在评审小组内部提供一定程度的信任度。一个简单的方法就是收集以前竞赛中的项目提供给评委作评价。评委应当是公正的(如关注重要的因素)和可靠的(如采用一致的标准进行评审)。不过，遗憾的是，情况并不总是这样。
　　在家或在实验室
　　为了公平起见，将来的科学竞赛也许应该分成2类竞赛项目，这样将学生自己做的项目与那些在专业实验室中做的项目分开评审。这2类项目通常有很大的不同。一个在实验室完成的项目可能有一个令人惊艳的地方，但这只是因为学生使用了专业的设备或者研究了一个看上去水平很高的问题。科学竞赛的目的应该是帮助学生理解科学研究的过程，而不是让学生去做一些重大的科学发现。这种分别评判的方式当前并不存在，但是这是一个值得考虑的问题，特别是在地区竞赛这一级。
　　“不好的”数据的价值
　　指导老师应当让学生认识到，那些意外的，甚至是令人失望的数据也是值得报告的，而且也并不代表努力的失败。即使是在专业的科学研究领域，也很难有机会去发表“消极的”数据。但是，这样的数据无论是对于专业的科学研究还是一个科学竞赛的研究项目都是非常重要的。这种科学竞赛项目的失败结果很可能正是未来研究的一个起点。
　　家长的参与
　　家长必须支持学生完成科学竞赛项目。但是，如果学生希望亲身经历科学研究的过程，那么这个项目就绝对不能是由家长来完成。家长如果希望更多地参与，可以自愿帮助老师指导学生小组完成科学研究的过程，通过这种方式引导自己的孩子，帮助老师，支持班上的其他学生。
　　例如，对于我女儿的科学竞赛项目，我是她的实验助手。我们一起在寒冷的冬天开车从一个公园到另一个公园，评估在冬天的树上有多少槲寄生。但是，涉及到解释我们所看到的现象、提出模式、阐明研究问题时，则是由她来主导。
　　科学家和科学竞赛
　　正如家长应当考虑他们提供的帮助的实质，学生也必须认识到什么时候其他人提供了过多的帮助。例如，和专业科学家一起工作时，学生应当独立地提出研究问题，而不是作为技术人员参与正在进行的科学研究。正如Craven和Hogan(2008)提出的：“从科学教育者的角度看，我们经常发现学校科学竞赛的决赛项目并没有正确地反映科学的发展或是学生的兴趣。”为了经历真正的探究，学生必须自己选择研究项目，然后收集和整理分析数据。
　　小结
　　我的女儿让我重新认识到科学竞赛在科学教育中的作用以及面临的挑战。我很高兴地告诉大家，她的项目获得了我们地区科学竞赛的一等奖和州级竞赛的三等奖。她学习到了很多关于檞寄生的生态知识，但是，更重要的是，她获得了对于科学研究开展方式的第一手经历。她提出了问题，明确了研究方法，收集数据，分析数据的意义，并展示了研究成果。这也正是科学研究开展的方式：在任何领域，世界各地的科学家不断提供信息，慢慢地描绘出一幅日益清晰的关于我们周围的世界如何运行的图画。每一本专著都是这幅大拼图中的一个小块。
　　未来的科学家和公众必须认识到科学作为一种认知方式所具有的长处和局限性。对很多学生来说，只有当他们有机会通过一个科学竞赛去经历科学研究时，才能够真正理解到这一点。所以，我们必须要提升科学竞赛的地位，将其从一部分人的偶然经历变成面向所有人的科学教育的一个中心环节。
　　网络资源
　　5类科学竞赛项目的描述和比较——真正的实验项目、非实验性的调查、产品测试、技术或工程设计以及科学现象的建模：www.nsta.org／highschool／connections.asDX。
　　作者介绍：Willian F.McComas(mcconmas＠uark.edu)是该期《科学教师》杂志的特邀编辑；他是美国阿肯色州大学教育和健康职业学院的科学教育教授。
　　译者介绍：林利琴。中国科协青少年科技中心青少年活动处处